CN1444713A - 用于燃烧低浓度可燃气的带压燃烧装置 - Google Patents
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Abstract
一种带压燃烧装置和操作这种装置的方法，包括：提供一个带压燃烧装置(400)，该带压燃烧装置具有一个贫气室(412)，一个燃烧室(430)，一个热量回收部分(440)和一个排气口(450)，把贫气送到贫气室中；在燃烧装置内设置一个散热器/均压室(425)和一个预热空气室(526)；将加压的环境空气送到散热器/均压室中；将预热空气送到预热室中；将来自贫气室，预热空气室，和燃烧室的热量交换到散热器/均压室内的加压空气中；将来自贫气室的贫气送到燃烧室中；将来自预热空气室的预热空气送到燃烧室中；及在带压下于燃烧室中燃烧贫气和预热空气。
Description
相关的申请
本申请要求2000年7月27日的美国临时申请No.60/221,137的优先权。
发明领域
本发明涉及一种在带压情况下用于燃烧低浓度可燃气的方法和装置，更具体地说，涉及这样一种燃烧装置，该燃烧装置具有一个散热器/均压室，用于保护燃烧室免受在燃烧过程中产生的背压的影响。
发明背景
美国专利No.3,229,746(’746专利)显示了一种热量回收装置和一种适用于燃烧低浓度可燃气的方法，该专利在此处整个作为参考文献参考。那个专利作为例子针对燃烧贫气，如，但不限于，含一氧化碳浓度低于8％的催化裂化气。在那个专利中的发明能在1200°F-1500°F范围内的温度下使一氧化碳点火稳定。在开始运行之后，这个温度在大多数情况下可以通过单独燃烧一氧化碳保持。在其余情况下，要求有极少量的辅助燃料，以便保证安全点火和/或保持所希望量的热量回收。
本申请的图1示出’746专利的热量回收装置。在图1中，一般用标号1表示的装置限定一个燃烧区2和一个水平设置在同一水平面处的热量回收区3。气体通过气室4和气体出口6传送到燃烧区2。空气通过空气室7加入。空气通过空气出口8进入燃烧室2。支持辅助燃料燃烧的次级空气通过管道9进入燃烧室。气体和空气通过相反的涡流间歇式混合，相反的涡流分别用定向箭头11和12表示，它们是通过一个瞄准装置产生，该瞄准装置以倾斜的管道13示出，该瞄准装置把气体混合物从气室4传导到气体出口6和短的空气管14。设置若干辅助燃烧器16以便在开始将燃烧区2中的气体加热到一个合适的着火温度。耐火燃料17给燃烧区2衬里，以便使热量再辐射到其中的气体中。
利用图1中所示的装置，可以燃烧贫气如浓度低于8％的一氧化碳，如催化裂化气。当然，浓度越高，可能燃烧越容易。图1所示的设计突出特点是当在燃烧产品中测量时，要求过量氧不到1％。
在燃烧室2中，温度可以很方便地保持在1200°F-1500°F范围内，以便在点火之后，一氧化碳通常能够燃烧而不需要辅助燃料。实质上，有一个在燃烧区2中工作的热量释放系统。热量通过一氧化碳在燃烧区2中燃烧释放。在非本质意义上，燃烧区2如此设计，以使燃烧区2面对它周围实际上没有热量输入或热量移出。尤其是，没有冷却装置如热交换管与燃烧区2有关。
一个端壁18由隔板19限定。空气出口8和气体出口6穿过隔板19，以便在端壁18中限定基本上同心的斜口群。图1示出开口的格式砖壁21作为一个渠道装置，该壁21使燃烧气体流过限制的渠道22，以便由此增加混合。热量回收区3由装置1燃烧区2的下游限定。在热量回收区3中可以设置一合适的热量回收装置如蒸汽管，节热器，过热器，其它的流体流等。
装置1限定一个燃烧区2用的封闭部分，该封闭部分具有端壁和在端壁之间延伸的侧壁。所有的壁部安装成通过耐火材料17把热量重新辐射到燃烧区。排气口把热的气体传输到热量回收区3，该排气口是在装置1与气体出口6和空气出口8相对的一端处，并构成其中一个侧壁的足够小的一部分，以便保持把来自封闭部分所有壁的热量在可能最高程度下再辐射。
此外，如图1所示，热量回收区3仅是装置的散热器结构，它完全被排除暴露于燃烧区2中。这能与常规的一氧化碳锅炉设备相比，在常规的一氧化碳锅炉设备那里，散热器取水管形式，散热器或是处在燃烧区中，或是暴露于燃烧气体的辐射热中。这种内部散热器增加了对辅助燃料的要求，并在显著程度上降低了一氧化碳气体转化的火焰稳定性和可靠性。
图1所示的装置通常是在高温下工作。例如，典型的稀混合气是在600°F-1100°F或更高温度下送到装置中。由于燃烧过程的结果，离开燃烧区的燃烧后气体温度可以在1200°F-1800°F或更高的温度范围内。
图2和3示出先有技术的装置，该装置利用使加压的环境(“冷”)空气流到一个空气室，充分避免了它们外壳板的过热，上述装置分别在贫气室和燃烧气体室上隔热，而加压的环境空气由这些室形成并装入。在这类配置中，利用加压的环境空气作为氧化剂源，以便在装置中燃烧贫气和辅助燃料流二者。
图2示出一种常规燃烧装置200，该装置200包括一个贫气室212，一个燃烧室230，一个热量回收区240，和一个排气口250。环境空气利用一空气泵220加压并通过供给管线221送到燃烧室230中。贫气210通过供给管线211供给到贫气室212。
图3更详细地示出一种燃烧装置300。燃烧装置300包括一个贫气室312和一个燃烧室330。来自贫气室312的贫气通过一气体出口317进入燃烧室330。加压的环境空气320通过一空气出口327进入燃烧室330。燃烧装置300用一耐火衬里301隔热。燃烧产物离开燃烧室330，并且通常是通过一个热交换器(未示出)传送到热量回收部分340。
该技术的技术人员将会理解，可以设置合适数量的辅助燃烧器16(在图1中示出)作为开始把燃烧室230(图2)或330(图3)中气体加热到所希望的着火温度的起动装置，或是作为提供用于所希望的热量回收热量输入水平的装置。
如上所述，这类装置最常用于这些方法：贫气在超过大气压的某个压力(例如，0.1psig-5.0psig或更高)下输送到装置中，而燃烧后的气体通常是在热量回收之后及在某些情况下在废气净化系统之后排放到大气中。然而，这造成在燃烧区内产生背压。如图2所指出的，空气用泵供给到装置，以便满足压力要求。当然，装置设计成含有和经受得住这些内压。这种装置结构上的优点是节省了它的用于上述压力保持的构造，这是由于气体室和空气室在整个压力室内成为整体。
然而，我们发现，在图3所示的常规装置中产生一个问题。在那个实施例中，利用环境空气来冷却燃烧室330的耐火衬里301。因此，贫气室312和燃烧室330与环境空气320接触。尽管如此，某些应用要求环境空气在燃烧之前过热。当这种情况发生时，环境空气320的温度将不再充分冷却耐火衬里301。同样，在冷却各室时产生一些问题，同时造成那些室的膨胀作用和结构不稳定性。
实际上，我们发现，由于方法和能量守恒的原因，空气供给应当过热到约200°F-600°F或更高。在这些情况下我们发现，如上所述的空气保持将不再提供足够的冷却来避免技术问题。因此，需要提供一种具有内部散热器/均压室的带压燃烧装置。
发明提要
本发明的目的是提供使用预热燃烧室，而同时保持相应气体室和空气室之间最小压差的构造优点。
本发明的另一个目的是提供一种带压燃烧装置，该装置具有一内部散热器/均压室。本发明还有另一个目的是提供这种供与预热燃烧空气一起用的燃烧装置。
在一方面，本发明提供一种操纵带压燃烧装置的方法。方法包括：提供一种带压燃烧装置，该装置包括一个贫气室，一个燃烧室，一个热量回收部分，和一个排气口；将贫气送到贫气室中；在燃烧装置内设置一个散热器/均热室和一个预热空气室；把加压的环境空气送到散热器/均热室中；把预热空气送到预热空气室中；把来自贫气室，预热空气室，和燃烧室的热量交换到散热器/均热室内的加压空气中；把来自贫气室的贫气送入燃烧室；把来自预热空气室的预热空气送入燃烧室；及在带压下燃烧燃烧室中的贫气和预热空气。
在另一方面，本发明提供一种带压燃烧设备，该带压燃烧设备包括一个带压燃烧装置，所述装置具有一个贫气室，一个燃烧室，一个热量回收部分，和一个排气口，一个贫气加料装置用于将贫气送入贫气室，在燃烧装置内的一个散热器/均热室和一个预热空气室，一个加压环境空气加料装置用于将加压的环境空气送入散热器/均压室，一个预热空气加料装置用于将预热空气送入预热空气室，一个贫气出口用于把来自贫气室的贫气送入燃烧室，和一个预热空气出口用于把来自预热空气室的预热空气送入燃烧室。散热器/均热室把来自贫气室，预热空气室，和燃烧室的热量交换到散热器/均热室内的加压环境空气中，并且贫气和预热空气在带压下于燃烧室中燃烧。
在本发明中，预热空气室可以被套在散热器/均压室内部。
本发明包括把环境空气加压到一个约0.1psig-约10.0psig的压力，而更优选的是加压到一个约0.1psig-约5.0psig的压力。
本发明还包括把预热空气预热到一个约200°F-约1000°F的温度，而更优选的是预热到约200°F-约600°F的温度。
本发明还可以把离开散热器/均热室的预热环境空气的温度增加到一个不高于约500°F的温度，而更优选的是增加到不高于约300°F的温度。
本发明还包括在燃烧装置热量回收部分中的热交换器，该热交换器用于将预热空气预热，在上述情况下，加压的环境空气可以从散热器/均压室中排放并送到热交换器中。在另一方面，可以利用燃烧装置外部的热源来将预热空气预热，在这种情况下，来自散热器/均压室的加压环境空气排出并送到外部热源中。
当考虑下面本发明的详细说明，从属权利要求书，和在附图中示出的本发明一些视图时，本发明的这些和另一些特点，目的和优点将变得显而易见。
附图说明
图1是用于燃烧低浓度可燃气的先有技术热量回收装置立剖图。
图2是常规带压燃烧装置示意图。
图3是示出常规带压燃烧装置细节的示意剖视图。
图4是本发明的带压燃烧装置示意图。
图5是示出本发明带压燃烧装置细节的示意剖视图。
图6是本发明的带压燃烧装置另一个实施例的示意图。
图7是本发明的带压燃烧装置还有另一个实施例的示意图。
图8是两个燃烧装置并联工作的常规配置示意图。
图9是两个燃烧装置并联工作的另一种常规配置示意图。
图10是本发明的带压燃烧装置另一个实施例的示意图。
图11是本发明的带压燃烧装置还有另一个实施例的示意图。
图12是本发明的带压燃烧装置另一个实施例的示意图。
在全部视图中，同样的标号用于同样的或对应的部件。
优选实施例详细说明
图4是按照本发明第一实施例所述的带压燃烧装置400的示意图。燃烧装置400包括一个贫气室412，一个燃烧室430，一个热量回收部分440，一个热交换器460，和一个排气口450。贫气410通过一供气管线411送到贫气室412中。空气泵420通过供气管线421将增压的入口空气供给散热器/均热室425。空气泵420供给环境空气，该环境空气处在环境温度和压力下。空气泵420将环境空气的压力增加到约0.1psig-约10.0psig，更优选的是增加约0.1psig-约5.0psig。这种加压的空气穿过散热器/均压室425并经由管线455排放。提供这种加压的空气以便通过提供足够的绝热作用和流速保持例如燃烧区430中的金属冷却。
我们发现，在散热器/均压室425里，比较少的热量流入加压的空气中。因此，温差极小。实际上，我们喜欢空气离开散热器/均压室425通过管线455的温度不高于约500°F，而更优选的是不超过约300°F。这样，我们发现，装置在结构上仍然是合理的。现在管线455中的热空气供给到热交换器460，并作为供给到燃烧室430的预热空气465从热交换器460出来。管线465中预热空气的温度为约200°F-约1000°F，而更优选的是约200°F-约600°F。
上述有关对环境空气的压力增加，离开散热器/均热室的空气温度，及燃烧用预热空气的温度等参数在整个此处所述的各实施例中都是一致的。
图5示出本发明燃烧装置500的额外详细情况。燃烧装置500包括一个贫气室512和一个燃烧室530。来自贫气室512的气体通过一个气体出口517供给到燃烧室530。加压的环境空气521在压力下供给到散热器/均压室525，在这里如上所述，加压的空气521从贫气室512和燃烧室530中带走一部分热量。加压的空气通过出口555离开散热器/均压室525并送往热交换器(未示出)。从热交换器出来的预热空气通过管线565供给到预热空气室526，预热空气通过一个空气出口527从预热空气室526供给到燃烧室530。预热空气室526被隔离以便保护热量和使压差最小。预热空气室526安置一个中间的热空气室，该热空气室位于散热器/均压室525内部并被该散热器/均压室525冷却。
在图4-12的每个实施例中，本领域的技术人员很容易理解，尽管没有示出，但可以设置一合适数目的辅助燃烧器16(图1中示出)作为任一点火机构，以便开始将燃烧区中的气体加热到所希望的着火温度和/或万一在操作上改变燃料混合物的组成或热量水平时保持燃烧。
在图4和5所示的实施例中，用于预热空气的热量来自燃烧装置400/500本身。图6示出本发明的另一个实施例，其中用于预热空气的热量来自一个辅助热源。
图6示出按照本发明另一个实施例所述的燃烧装置600。燃烧装置600包括一个贫气室612。一个燃烧室630，一个热量回收部分640，和一个排气口650。贫气610通过一个管线611送到贫气室612中。环境空气用一个空气泵620加压，并通过供给管线621送到一散热器/均压室625中。从那里，热空气通过管线674排出并被一热源675加热，以便在管线676中变成预热空气用于在燃烧室630中燃烧。热源675可以是任何合适的热源，如来自由外部来源的蒸汽或电力提供，以便节约燃料和产生更多的热量回收。
图7示出按照本发明所述燃烧装置700的另一个实施例。燃烧装置700包括一个贫气室712，一个燃烧室730，一个热量回收部分740，和一个排气口750。贫气710通过供给管线711送到贫气室712中。在这个实施例中，设置两个分开的供给管线。环境空气用空气泵720加压，并通过管线721供给到散热器/均压室725中。热空气通过管线777排出。设置一个压力控制器778，以便控制散热器/均压室725中的压力。在这个实施例中，热空气最后通过管线779排放到大气中。同时，空气泵770通过管线772把加压的环境空气供给到一个辅助热源775中。然后把管线776中的预热空气供给到燃烧室730中。
图8示出一种常规装置，其中两个燃烧装置800和801并联操作。燃烧装置800包括一个贫气室812，一个燃烧室830，一个热量回收部分840，和一个排气口850。贫气810通过供给管线811供给到贫气室812中。燃烧装置810包括一个燃烧室832和一个排气口852。燃料通过管线815供给到燃烧装置801的燃烧室832中。环境空气由空气泵820供给到燃烧装置800和801二者中。空气泵通过管线821供给加压的空气，管线821分支成供给管线822和823。供给管线822把燃烧空气送到燃烧装置800的燃烧室830中，而供给管线823把燃烧空气送到燃烧装置801的燃烧室832中。
图9示出并联工作的燃烧装置900和901的另一种常规装置。在这个实施例中，燃烧装置901具有一用于预热本身空气的热量回收装置。
燃烧装置900包括一个贫气室912，一个燃烧室930，一个热量回收部分940，和一个排气口950。贫气910通过供给管线911送到贫气室912中。燃烧装置901包括一个燃烧室932，一个热交换器962，和一个排气口952。燃料914通过供给管线915送到燃烧室932中。加压的环境空气从空气泵922通过供给管线921供给，该供给管线921分支成供给管线922和923。供给管线922将燃烧空气供给到燃烧室930，而供给管线923把空气供给到热交换器962。热量在热交换器926中交换，以便提供预热的空气965用于在燃烧室932中燃烧。
图10示出本发明当应用于两个燃烧装置1000和1001时的另一个实施例。燃烧装置1000包括一个贫气室1012，一个燃烧室1030，一个热量回收部分1040，一个热交换器1060，和一个排气口1050。贫气1010通过供给管线1011供给到贫气室1012。燃烧装置1001包括一个燃烧室1032和一个排气口1052。燃料1014通过供给管线1015供给到燃烧装置1001用于在燃烧室1032中燃烧。空气泵1020通过供给管线1021供给加压的环境空气，该供给管线1021分支成供给管线1022和1023。供给管线1023把环境空气供给到燃烧室1032。供给管线1022把空气供给到散热器/均压室1025。稍热的空气通过管线1055离开散热器/均压室1025，并传送到热交换器1060。预热后的空气在管线1065中离开热交换器1060并供给到燃烧室1030。
图11示出一种装置，在该装置中两个燃烧装置1100和1101并联工作。燃烧装置1100包括一个贫气室1112，一个燃烧室1130，一个热量回收部分1140，一个热交换器1160和一个排气口1150。贫气1110通过供给管线1111供给到贫气室1112。燃烧装置1101包括一个燃烧室1132和一个排气口1152。燃料1114通过管线1115供给到燃烧室1132。
空气泵1120通过管线1121把加压的环境空气供给到散热器/均压室1125。稍热的空气通过管线1155离开散热器/均压室1125，并传送到热交换器1160。热交换器1160在管线1165和1166中提供预热后的空气。管线1166中的预热空气传送到燃烧室1132中。
图12还示出本发明当利用两个燃烧装置1200和1201并联工作时的另一个实施例。燃烧装置1200包括一个贫气室1212，一个燃烧室1230，一个热量回收部分1240，和一个排气口1250。燃烧装置1201包括一个燃烧室1232，一个热交换器1262，和一个排气口1252。供燃烧装置1201用的燃料1214通过供给管线1215送到燃烧室1232。
供在燃烧装置1200中燃烧用的贫气1210通过管线1211送到贫气室1212中。空气泵1220通过供给管线1221把加压的环境空气送入散热器/均压室1225中。把从散热器/均热室1225中出来的稍热空气通过管线1255传送到燃烧装置1201的热交换器1262中。预热后的空气在管线1280中离开热交换器1262。把这种预热后的空气分别通过供给管线1281送到燃烧装置1200的燃烧室1230中和通过供给管线1282送到燃烧装置1201的燃烧室1232中。
除了象此处所公开的另一些情况之外，附图中以轮廓图形式或以方框图形式示出的各种不同部件各个都是众所周知的，并且它们的内部构造和工作无论是对本发明的制造和使用，还是对本发明最佳方式的说明都不是关键。
尽管本发明已对目前考虑优选实施例的东西进行了说明，但应该理解，本发明不限于所公开的实施例。相反，本发明打算包罗在所附权利要求书的精神和范围内所包括的各种修改和等效装置。下面权利要求书的范围符合最广泛的诠释，以便包括所有这些修改和等效结构及功能。
工业应用
此处所公开的带压燃烧装置和操纵该燃烧装置的方法可用于低浓度可燃气的燃烧。装置包括一种带压燃烧装置，该装置具有一个贫气室，一个燃烧室，一个热量回收部分，和一个排气口，一个贫气加料装置用于将贫气送入贫气室中，在燃烧装置内的一个散热器/均压室和一个预热空气室，一个加压的环境空气加料装置用于将加压的环境空气送到散热器/均压室中，一个预热空气加料装置用于将预热后的空气送到预热空气室中，和一个贫气出口用于将从贫气室出来的贫气送到燃烧室中，和一个预热空气出口用于将从预热空气室出来的预热后的空气送到燃烧室中。散热器/均热室把来自贫气室，预热空气室，和燃烧室的热量交换到散热器/均压室内的加压环境空气中。贫气和预热后的空气在带压下于燃烧室中燃烧。
Claims (24)
1.一种操纵带压燃烧装置的方法，该方法包括：
提供一个带压燃烧装置，该带压燃烧装置包括一个贫气室，一个燃烧室，一个热量回收部分，和一个排气口；
把贫气送到贫气室中；
在燃烧装置内设置一个散热器/均压室和一个预热空气室；
把加压的环境空气送到散热器/均压室中；
把预热的空气送入预热空气室中；
把来自贫气室，预热空气室，和燃烧室的热量交换到散热器/均压室内的加压环境空气中；
把来自贫气室的贫气送到燃烧室中；
把来自预热空气室的预热空气送到燃烧室中；及
在带压下于燃烧室内燃烧贫气和预热空气。
2.按照权利要求1所述的方法，其中预热空气室套在散热器/均压室内部。
3.按照权利要求1所述的方法，还包括将环境空气加压到约0.1psig-约10.0psig的压力。
4.按照权利要求3所述的方法，其中环境空气加压到约0.1psig-约5.0psig的压力。
5.按照权利要求1所述的方法，还包括将预热空气预热到约200°F-约1000°F的温度。
6.按照权利要求5所述的方法，还包括将预热空气预热到约200°F-约600°F的温度。
7.按照权利要求1所述的方法，其中热交换步骤包括将离开散热器/均压室的加压环境空气的温度增加到不高于约500°F的温度。
8.按照权利要求1所述的方法，其中热交换步骤包括将离开散热器/均压室的加压环境空气的温度增加到不高于约300°F的温度。
9.按照权利要求1所述的方法，还包括用燃烧装置的热量回收部分中的热交换器将预热空气预热。
10.按照权利要求9所述的方法，还包括从散热器/均压室中排出加压的环境空气，并将排出的空气送到热交换器中。
11.按照权利要求1所述的方法，还包括用燃烧装置外部的热源将预热空气预热。
12.按照权利要求11所述的方法，还包括从散热器/均压室中排出加压的环境空气，并将排出的空气送到外部热源中。
13.一种带压燃烧装置，包括：
一个带压燃烧装置，该装置包括一个贫气室，一个燃烧室，一个热量回收部分，和一个排气口；
一个贫气加料装置，用于将贫气送到贫气室中；
在燃烧装置内的一个散热器/均压室和一个预热空气室；
一个加压的环境空气加料装置，用于将加压的环境空气送到散热器/均压室中；
一个预热空气加料装置，用于将预热空气送到预热空气室中；
一个贫气出口，用于将贫气从贫气室送到燃烧室；及
一个预热空气出口，用于将预热空气从预热空气室送到燃烧室，
其中散热器/均压室把来自贫气室，预热空气室，和燃烧室的热量交换到散热器/均压室内的加压环境空气中，并且贫气和预热空气在带压下于燃烧室中燃烧。
14.按照权利要求13所述的装置，其中预热空气室被套在散热器/均压室内。
15.按照权利要求13所述的装置，还包括一个空气泵，用于将环境空气加压到约0.1psig-约10.0psig的压力。
16.按照权利要求15所述的装置，其中环境空气被加压到约0.1psig-约5.0psig的压力。
17.按照权利要求13所述的装置，还包括一个预热器，用于将预热空气预热到约200°F-约1000°F的温度。
18.按照权利要求17所述的装置，其中预热空气被预热到约200°F-约1000°F的温度。
19.按照权利要求13所述的装置，其中散热器/均压室将离开该散热器/均压室的环境空气温度增加到不高于约500°F的温度。
20.按照权利要求13所述的装置，其中散热器/均压室将离开该散热器/均压室的加压环境空气的温度增加到不高于300°F的温度。
21.按照权利要求13所述的装置，还包括一个在燃烧装置热量回收部分中的热交换器，用于将预热空气预热。
22.按照权利要求21所述的装置，还包括一个排放装置和一个加料装置，上述排放装置用于排放来自散热器/均压室的加压环境空气，而加料装置用于将排出的空气送到热交换器中。
23.按照权利要求13所述的装置，还包括一个在燃烧装置外部的热源，用于将预热空气预热。
24.按照权利要求23所述的装置，还包括一个排放装置和一个加料装置，上述排放装置用于排放来自散热器/均压室的加压环境空气，而加料装置用于将排出的空气送到外部热源中。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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Granted publication date: 20051221 Termination date: 20200726 |